CN206957685U - 页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其包括：岩心样品组件，其包括夹持器、以及外周套设有防护套并夹设于夹持器内的岩心样品，夹持器与防护套之间形成有围压空间；裂缝生成件，其能伸入夹持器内并对岩心样品施加轴向压力使岩心样品产生裂缝；注油件，其能向围压空间内注入液压油；流体循环组件，其至少包括注液件和金属导流件，金属导流件设有轴向贯通孔，金属导流件能插入夹持器并抵接于岩心样品的端面上，进液通道、轴向贯通孔、岩心样品以及出液通道能依次连通形成液流通道。本实用新型提供的测试装置，能够解决流体粘度太大堵塞注入口管路的问题，从而使得该测试装置的使用更加可靠，且具有制造成本低的优点。

Description

页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置

技术领域

本实用新型涉及油气开发技术领域，特别涉及一种页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置。

背景技术

水力压裂是通过高压将大量的压裂液注入到地层中，冲破致密地层生成岩层裂隙以实现油气增产的一项技术，如果注入的压裂液能保证足够的压力维持荷载，裂隙可以延伸数百米。压裂液中大约99％为水，其他主要是化学添加剂和支撑剂(如砂粒或陶粒)，以防止压裂裂隙闭合。添加到压裂液中的化学品包括摩擦减速剂、表面活性剂、胶凝剂、规模抑制剂、酸性试剂、腐蚀抑制剂、抗菌剂、黏土稳定剂等(见表一)。

表一化学添加剂主要成分及其作用

水力压裂广泛应用于我国页岩气开发中，页岩储层中含有粘土矿物，水敏性粘土矿物遇水溶解后会导致井壁发生坍塌事故，这是页岩储层钻井和压裂都面临的主要问题。因此，合理配置压裂液，选择添加剂的成分和比重对页岩储层压裂至关重要，使用性能恰当的压裂液是提高页岩气井压裂经济效益的重要措施。一般可通过压裂液与地层的配伍性测试，对压裂液的适用性进行评价。

但是，现有技术中没有针对页岩气水力压裂液与地层配伍性进行测试的专门装置。

发明人为张广清的中国发明专利申请公开了一种模拟过程中水力压裂作用机理的实验装置，该实验装置通过预制在实验岩样中的井筒向实验岩样内部注入压裂液，并通过声发射监测装置监测实验岩样内部的裂缝空间位置。但是，该过程需要在岩心样品中预先钻孔，并部署一个小型井筒，而且需要配合声发射监测装置监测实验岩样内部产生的声发射信号，结合相应定位算法监控岩心裂缝变化，从而设备成本较高，而且在配伍性测试过程中，不需要精确可控的进行造缝。

发明人为李宜强的中国实用新型专利公开了一种用于测定聚合物溶液与地层岩石配伍性的装置，该装置使用新型采用多孔介质代替了常规的微孔滤膜，多孔介质与地层的实际情况更为接近,使用多孔介质进行实验获得结果更加可靠。但是，针对页岩气开发过程使用的添加了瓜胶的压裂液，仍然难以满足粘度较高液体的注入，易导致因流体粘度太大堵塞注入口管路，导致的注入口压力太大，流体无法正常循环的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够解决因流体粘度太大堵塞注入口管路，导致流体无法正常循环问题，并且制造成本低的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其包括：岩心样品组件，其包括夹持器、以及外周套设有防护套并夹设于所述夹持器内的岩心样品，所述夹持器具有分别与所述岩心样品两端连通的进液通道和出液通道，且所述夹持器与所述防护套之间形成有围压空间；裂缝生成件，其能伸入所述夹持器内并对所述岩心样品施加轴向压力使所述岩心样品产生裂缝；注油件，其能与所述围压空间相连通，并能向所述围压空间内注入液压油，所述液压油能在所述岩心样品外周形成围压；流体循环组件，其至少包括注液件和金属导流件，所述金属导流件设有轴向贯通孔，所述金属导流件能插入所述夹持器并抵接于所述岩心样品的端面上，所述进液通道、所述轴向贯通孔、所述岩心样品以及所述出液通道能依次连通形成液流通道，所述注液件能与所述进液通道相连通并能向所述液流通道内注入循环流体。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述流体循环组件还包括能容置所述夹持器的恒温箱，所述注液件位于所述恒温箱的一侧。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述流体循环组件还包括用于回收所述循环流体的流体回收容器，所述流体回收容器与所述出液通道相连通。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述金属导流件设有多个均匀分布的所述轴向贯通孔。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述裂缝生成件为压机，所述压机的压头能伸入所述夹持器内并对所述岩心样品施加轴向压力。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述注油件包括注油柱塞泵和液压油活塞容器，所述注油柱塞泵与所述液压油活塞容器的空腔相连通，所述液压油活塞容器的油腔通过注油金属管与所述围压空间相连通。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述注液件包括注液柱塞泵和循环流体活塞容器，所述注液柱塞泵与所述循环流体活塞容器的空腔相连通，所述循环流体活塞容器的液腔通过注液金属管与所述进液通道相连通。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述注油件的注油压力大于所述注液件的注液压力。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述防护套为聚四氟乙烯防护套。

如上所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其中，所述金属导流件为不锈钢金属导流件。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，通过液裂缝生成件对岩心样品提供轴向压力，使岩心样品经历极限变形内部发生断裂，从而使得模拟页岩气开发水力压裂地层的裂缝情况更加真实，并使得裂缝生成操作简单方便；

本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，循环流体通过注液件以循环注入的方式通过岩心样品，使得模拟的水力压裂液与地层裂缝的接触情况更加真实；

本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，在进液通道与岩心样品之间设置金属导流件，使得注入的循环流体接触岩心样品之前，流经多孔的金属岩心，金属岩心内部有一定缓存空间，有利于具有一定粘度的水力压裂液的注入，从而避免了因流体粘度太大堵塞注入口管路，导致的注入口压力太大，流体无法正常循环的情况，进而使得该页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置的使用更加可靠，且具有制造成本低的优点。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置中岩心样品组件、裂缝生成件的结构示意图；

图2是裂缝生成过程中时间与压力之间关系的曲线图；

图3是页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置中岩心样品组件、注油件以及流体循环组件的结构示意图；

图4是图3中金属导流件的结构示意图。

附图符号说明：

1-岩心样品组件；11-夹持器；12-防护套；13-岩心样品；14-围压空间；2-裂缝生成件；21-压头；3-注油件；31-注油柱塞泵；32-液压油活塞容器；4-注液件；41-注液柱塞泵；42-循环流体活塞容器；5-金属导流件；51-轴向贯通孔；6-恒温箱；7-流体回收容器。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1和图3所示，本实用新型提供了一种页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其包括岩心样品组件1、裂缝生成件2、注油件3和流体循环组件，其中，岩心样品组件1包括夹持器11、以及外周套设有防护套12并夹设于夹持器11内的岩心样品13，夹持器11为现有技术，其具体结构在此不再赘述，岩心样品13呈柱状，防护套12的内表面贴合于岩心样品13的外周面，以对岩心样品13起到保护作用，夹持器11具有分别与岩心样品13两端连通的进液通道和出液通道，且夹持器11与防护套12之间形成有围压空间14；裂缝生成件2能伸入夹持器11内并对岩心样品13施加轴向压力使岩心样品13产生裂缝，即岩心样品13在裂缝生成件2的挤压作用下经历变形极限，其内部发生断裂，形成裂缝，以模拟具有裂缝的地层岩心结构；注油件3能与围压空间14相连通，并能向围压空间14内注入液压油，液压油能在岩心样品13外周形成围压，即液压油通过注油件3注入围压空间14内在岩心样品13的外部形成围压；流体循环组件至少包括注液件4和金属导流件5，如图4所示，金属导流件5设有轴向贯通孔51，金属导流件5能插入夹持器11并抵接于岩心样品13的端面上，进液通道、轴向贯通孔51、岩心样品13的裂缝以及出液通道能依次连通形成液流通道，注液件4与进液通道相连通并向液流通道内注入循环流体，也就是说，当金属导流件5插入夹持器11内，轴向贯通孔51的两端分别与进液通道和裂缝相连通，通过注液件4将循环流体不断注入进液通道内，循环流体依次通过进液通道、轴向贯通孔51、裂缝，经由出液通道流出。

在进行实验时，先按照页岩气开发现场水力压裂液的配方配置循环流体，其主要物质为清水、聚丙烯酰胺、无机盐、防膨剂、杀菌剂、防腐剂等，并将配置好的循环流体储存在注液件4中、将液压油储存在注油件3中备用；再将直径为3.8cm的岩心样品13装入防护套中，将套设有防护套的岩心样品13放入夹持器11内，使得进液通道和出液通道与岩心样品13的两端连通，夹持器11内壁面与防护套12的外周面形成围压空间14；然后将夹持器11放入裂缝生成件2上，通过裂缝生成件2向岩心样品13施加轴向压力使岩心样品13产生裂缝；之后将夹持器11自裂缝生成件2上取下，并将金属导流件5自进液通道的一端插入夹持器11内，使得金属导流件5的轴向贯通孔51分别与进液通道和岩心样品13的裂缝相连通，将注液件4与进液通道相连通，注油件3与围压空间14相连通，使注油件3和注液件4分别向围压空间14内和液流通道内注入液压油和循环流体，通过液压油对岩心样品13的外周产生围压，通过循环注入的方式使循环流体通过岩心样品13，从而模拟的水力压裂液与地层裂缝的接触情况更加真实；最后，完成一定时间的流体循环过程，即可对岩心样品13进行配伍性方面的相关测试。

本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，在进液通道与岩心样品13之间设置金属导流件5，使得注入的循环流体接触岩心样品13之前，流经多孔的金属岩心，金属岩心内部有一定缓存空间，有利于具有一定粘度的水力压裂液的注入，避免因流体粘度太大堵塞注入口管路，导致的注入口压力太大，流体无法正常循环的情况，从而使得该页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置的使用更加可靠，且具有制造成本低的优点。

进一步，考虑到当循环流体的压力大于液压油施加给岩心样品13的围压时，循环流体可能会溢出，为了避免循环流体溢出岩心样品13，设计注油件3的注油压力大于注液件4的注液压力，使得循环流体只能沿流体通道流动，不会溢出，从而使得本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置能够更加真实的模拟的水力压裂液与地层裂缝的接触情况。

进一步，如图4所示，金属导流件5设有多个均匀分布的轴向贯通孔51，金属导流件5为不锈钢金属导流件5，即金属导流件5采用不锈钢材料制成，具体的，金属导流件5可以采用304不锈钢或者306不锈钢或者316L不锈钢材质制成。

在本实用新型的一种实施方式中，为了提高测试结果的准确性，流体循环组件还包括能容置夹持器11的恒温箱6，恒温箱6内的温度可以根据不同深度的地层温度进行调节，例如模拟3000米深度的地层温度，恒温箱6的温度则需要设置130℃，注液件4位于恒温箱6的一侧，通过恒温箱6模拟实际地层温度，进一步提高了模拟的水力压裂液与地层裂缝的接触情况真实性，从而进一步提高了测试结果的准确性。

在本实用新型的一种实施方式中，为了节省循环流体的使用量，流体循环组件还包括用于回收循环流体的流体回收容器7，流体回收容器7与出液通道相连通，经由液体通道流出的循环流体通过流体回收容器7回收，可将回收至流体回收容器7内的循环流体重新置入注液件4中进行再次利用，这样即能够节省循环流体的使用量，降低成本，又能够避免循环流体污染环境，从而达到节能环保的目的。

在本实用新型的一种实施方式中，裂缝生成件2为压机，压机为现有技术，其具体结构在此不再赘述，压机的压头21能伸入夹持器11内并对岩心样品13施加轴向压力，如图2所示，压机内部的压力传感器能够实时检测压机的施加压力，压机施加的压力能够通过计算机屏幕显示，且随着压力的不断增加，计算机屏幕会显示一条压力曲线，当该曲线突然变小时，手动关闭压机，并上提压机压头21，此时，岩心样品13在压机的挤压作用下经历变形极限，其内部发生断裂，形成裂缝，通过压机对岩心样品13施压使岩心样品13产生裂缝的过程简单可靠，从而使得模拟页岩气开发水力压裂地层的裂缝情况简单方便。

在本实用新型的一种实施方式中，注油件3包括注油柱塞泵31和液压油活塞容器32，注油柱塞泵31采用现有技术的柱塞泵，其具体结构在此不再赘述，液压油活塞容器32包括一中空的且底端封闭的柱状体以及一盖设在该柱状体上的顶盖，液压油活塞容器32内设有一活塞，活塞的一侧为空腔，活塞的另一侧为注满液压油的油腔，注油柱塞泵31与液压油活塞容器32的空腔相连通，液压油活塞容器32的油腔通过注油金属管与围压空间14相连通，进行实验时，通过注油柱塞泵31驱动液压油活塞容器32内的活塞移动，将液压油注入至围压空间14内，在岩心样品13的外周产生围压，以模拟实际地层情况。

在本实用新型的一种实施方式中，注液件4包括注液柱塞泵41和循环流体活塞容器42，同样的，注液柱塞泵41采用现有技术的柱塞泵，其具体结构在此不再赘述，液压液活塞容器包括一中空的且底端封闭的柱状体以及一盖设在该柱状体上的顶盖，液压液活塞容器内设有一活塞，活塞的一侧为空腔，活塞的另一侧为注满循环流体的液腔，注液柱塞泵41与循环流体活塞容器42的空腔相连通，循环流体活塞容器42的液腔通过注液金属管与进液通道相连通，进行实验时，通过注液柱塞泵41驱动液压油活塞容器32内的活塞移动，将循环流体注入至进液通道内，使循环流体能够不断通过岩心，真实的模拟的水力压裂液与地层裂缝的接触情况。

需要说明的是，注油柱塞泵31和注液柱塞泵41也可以是驱动部件，例如气缸、或者液压缸，将气缸或液压缸的活塞杆与活塞连接，通过活塞杆的伸缩带动活塞移动。

在本实用新型的一种实施方式中，防护套为聚四氟乙烯防护套，即防护套为聚四氟乙烯材料制作的聚四氟乙烯防护套，聚四氟乙烯材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、耐高温的特点，因此采用聚四氟乙烯材料制作的防护套能够更好的保护岩心样品13，防止岩心样品13变形。

下面结合附图以四川页岩气现场的岩心为例，具体说明本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置的使用过程：

如图1和图3所示，将从四川某页岩气开发区块现场取回的水力压裂液，作为循环流体；

手动将循环流体活塞容器42的活塞推至最底端，将循环流体倒入循环流体活塞容器42，盖上循环流体活塞容器42的顶盖，将循环流体活塞容器42的底部通过注液金属管线与注液柱塞泵41连通；

手动将液压油活塞容器32的活塞推至最底端，将液压油倒入液压油活塞容器32，盖上液压油活塞容器32的顶盖，将液压油活塞容器32的底部通过注油金属管与注油柱塞泵31连通；

从四川页岩气现场获取的10cm全直径岩心上钻取3.8cm的岩心样品13，将岩心装入聚四氟乙烯套中，放入夹持器11；

开启压机，将夹持器11直立放在压机中央固定位置，放下压机的压头21，使压头21伸入夹持器11，顶住岩心样品13，并以0.2Mpa/min的速率逐渐增加压机压力，同时通过压机内部的压力传感器实时监测压机压力，压机压力变化在计算机屏幕上显示变化曲线，当曲线发生突然变小时，手动关闭压机，并以上提压机压头21，此时，岩心样品13在压机的挤压作用下经历变形极限，其内部发生断裂，形成裂缝；

从压机中取出夹持器11，在夹持器11靠近进液通道的一端放入长度为2cm、直径为3.8cm、采用316L不锈钢材质制成的、且内部具有多个直径为2mm的轴向贯通孔51的金属导流件5，轴向贯通孔51的孔径大于裂缝，有利于具有一定粘度的水力压裂液的注入；

将夹持器11移入恒温箱6，夹持器11的进液通道通过不锈钢管线连接循环流体活塞容器42的液腔，出液通道通过管线连接流体回收容器7，开启注油柱塞泵31，调节围压至2Mpa，通过计算机控制系统，设定围压维持大于流体注入压力2Mpa，并可自动升高；

开启注油柱塞泵31，推动循环流体活塞容器42的活塞上移，向夹持器11中的岩心样品13注入循环流体，此时夹持器11的进液通道内压力不断增大，围压也随之逐渐增加，设定循环流体活塞容器42最大注入压力为30Mpa(模拟现场3000米深度地层压力)，注入过程稳定后，注入压力为30Mpa，围压为32Mpa，设定恒温箱6温度130℃(模拟现场3000米深度地层温度)，循环流体通过岩心样品13，进入流体回收容器7；

连续完成注入-循环过程240小时后，调节循环流体活塞容器42注入压力至0Mpa，注入压力和围压同时逐渐减小，当注入压力为0Mpa时，围压降至2Mpa，此时手动调节围压为0Mpa；

关闭恒温箱6加热器，将至室温后，取出夹持器11；

按照国家相关标准，对岩心样品13进行配伍性方面的测试即可，其中，岩心样品13配伍性方面的测试属于现有技术，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，通过液裂缝生成件对岩心样品提供轴向压力，使岩心样品经历极限变形内部发生断裂，从而使得模拟页岩气开发水力压裂地层的裂缝情况更加真实，并使得裂缝生成操作简单方便；

本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，循环流体通过注液件以循环注入的方式通过岩心样品，使得模拟的水力压裂液与地层裂缝的接触情况更加真实；

本实用新型提供的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，在进液通道与岩心样品之间设置金属导流件，使得注入的循环流体接触岩心样品之前，流经多孔的金属岩心，金属岩心内部有一定缓存空间，有利于具有一定粘度的水力压裂液的注入，从而避免了因流体粘度太大堵塞注入口管路，导致的注入口压力太大，流体无法正常循环的情况，进而使得该页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置的使用更加可靠，且具有制造成本低的优点。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案实用新型点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，所述页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置包括：

岩心样品组件，其包括夹持器、以及外周套设有防护套并夹设于所述夹持器内的岩心样品，所述夹持器具有分别与所述岩心样品两端连通的进液通道和出液通道，且所述夹持器与所述防护套之间形成有围压空间；

裂缝生成件，其能伸入所述夹持器内并对所述岩心样品施加轴向压力使所述岩心样品产生裂缝；

注油件，其能与所述围压空间相连通，并能向所述围压空间内注入液压油，所述液压油能在所述岩心样品外周形成围压；

流体循环组件，其至少包括注液件和金属导流件，所述金属导流件设有轴向贯通孔，所述金属导流件能插入所述夹持器并抵接于所述岩心样品的端面上，所述进液通道、所述轴向贯通孔、所述岩心样品以及所述出液通道能依次连通形成液流通道，所述注液件能与所述进液通道相连通并能向所述液流通道内注入循环流体。

2.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述流体循环组件还包括能容置所述夹持器的恒温箱，所述注液件位于所述恒温箱的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述流体循环组件还包括用于回收所述循环流体的流体回收容器，所述流体回收容器与所述出液通道相连通。

4.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述金属导流件设有多个均匀分布的所述轴向贯通孔。

5.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述裂缝生成件为压机，所述压机的压头能伸入所述夹持器内并对所述岩心样品施加轴向压力。

6.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述注油件包括注油柱塞泵和液压油活塞容器，所述注油柱塞泵与所述液压油活塞容器的空腔相连通，所述液压油活塞容器的油腔通过注油金属管与所述围压空间相连通。

7.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述注液件包括注液柱塞泵和循环流体活塞容器，所述注液柱塞泵与所述循环流体活塞容器的空腔相连通，所述循环流体活塞容器的液腔通过注液金属管与所述进液通道相连通。

8.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述注油件的注油压力大于所述注液件的注液压力。

9.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述防护套为聚四氟乙烯防护套。

10.根据权利要求1所述的页岩气水力压裂液与地层配伍性的测试装置，其特征在于，

所述金属导流件为不锈钢金属导流件。